膳食纤维的生理学作用

膳食纤维的生理学作用 膳食纤维的生理学作用 摘要:本文简单介绍了膳食纤维的组成和物化特性、主要介绍了膳食纤维的生理学作用。 关键词: 膳食纤维 生物学功能 纤维素 随着人民生活水平的提高和人们健康意识的增强，食品消费观念不断发生变化，人们已越来越注意到饮食对自身健康水平的影响，消费趋势从具有色、香、味和形均佳的食品转向具有合理营养和保健功能的食品。作为功能性食品的功能因子的膳食纤维及其食品，近年来在世界各国也得到了广泛的关注和迅速的发展，许多食品专家把膳食纤维食品视为21世纪的功能食品、热门食品。营养调查明:人体从食物中摄取膳食纤维不足，可导致冠心病、糖尿病、高血压、肥胖症、心肌梗塞、缺血性心脏病、结肠癌、结肠炎和便秘等疾病，这些疾病的发生多与人们的生活水平的提高有关，因而又称为“文明病”或“富贵病”。近年来，这类疾病在我国呈上升的趋势。同时，人们也开始认识到膳食纤维的重要性。我国有来源广阔的膳食纤维资源可开发利用，前景十分广阔。 1.膳食纤维的定义、组成及其性质 1.1 膳食纤维的定义 膳食纤维(df)最早定义为植物细胞壁中的抗消化性组成成分包括纤维素、半纤维素及木质素。1972,1976年间，trowell等建立了大量膳食纤维与健康相关的假说，被称为“膳食纤维假说”。膳 食纤维这一术语用来描述不能被人体内源消化酶作用的植物成分，包括纤维素、半纤维素及木质素以及与之相关的少量组成成分，这些都是可食用的，其他具有纤维成分的食物还有芹菜及其他蔬菜、可食用的水果皮及谷物麸皮。至1976年止，膳食纤维的定义已被拓宽到包括所有的不可消化的多糖(主要为植物性糖类)，这基本保留了生理学的定义，即基于其可食性及抗消化性。1999年11月2日在84thaacc年会上举行专门会议对膳食纤维的定义进行了讨论。膳食纤维被定义为“凡是不能被人体内源酶消化吸收的可食用植物细胞、多糖、木质素以及相关物质的总和”。这一定义包括了食品中的大量组成成分[1]。 1.2 膳食纤维的组成与分类 膳食纤维的主要成分是非淀粉多糖类，它包括纤维素、混合键的?-葡聚糖、半纤维素、果胶以及树胶 [2,3]。膳食纤维的分类方法很多[4,5,6]。 (1)根据溶解特性的不同，可将其分为水溶性膳食纤维(简称sdf)和不溶性膳食纤维(简称idf)两大类。 (2)按来源分类，可将膳食纤维分为植物来源、动物来源、海藻多糖类、微生物多糖类和合成类。 1.3 膳食纤维的物化特性 1.3.1 高持水力 膳食纤维化学结构中含有很多亲水基因，因此具有很强的持水性， 变化范围大致在自身重量的1.5,2.5倍之间。很多研究表明，膳食纤维的持水性可以增加人体排便的体积与速度，减轻直肠内压力，同时也减轻了泌尿系统的压力，从而缓解了诸如膀胱炎、膀胱结石和肾结石这类泌尿系统疾病的症状，并能使毒物迅速排出体外[3,7]。 1.3.2 对阳离子有结合和交换能力 膳食纤维化学结构中包含一些羧基和羟基类侧链基因，呈现一个弱酸性阳离子交换树脂的作用，可与阳离子，特别是有机阳离子进行可逆的交换。 1.3.3 对有机化合物有吸附螯合作用 膳食纤维表面带有很多活性基因，可以螯合吸附胆固醇和胆汁酸之类有机分子，从而抑制人体对它们的吸收，这是膳食纤维能够影响体内胆固醇物质代谢的重要原因。同时，膳食纤维还以吸附肠道内的有毒物质、化学药品和有毒医药品等，并促进它们排出体外[3,4]。 1.3.4 具有类似填充剂的容积作用 膳食纤维不能被人体消化吸收，不会转化为人体的贮存物质，膳食纤维的体积较大，缚水之后的体积更大，对肠道产生容积作用，易引起饱腹感，减少人体对其它营养素的摄入，影响了机体对食物其他成分的消化吸收，人不易产生饥饿感，为此，膳食纤维对预防肥胖症有益处[3,4]，因而成为国际上推崇的纯天然减肥食品。 1.3.5 粘性 果胶、β-葡聚糖、各类的胶质以及琼酯的海藻多糖等，都可以使肠道形成有高度粘性的液体，肠道因而变得有粘性并引起胃排空的减慢，在小肠内，也可以减少食物之间的混合，亦即使肠道的酶与食物的接触减少了，营养物质进入肠粘膜细胞也减少了。这对于糖耐量试验呈现一种迟钝的反应，亦即膳食纤维可以使葡萄糖指数下降[2,7]。 2.1 膳食纤维的生理学作用 关于膳食纤维的生理功能，早期的研究工作未得到人们的重视。直到本世纪60年代，在大量的研究事实与流行病调查结果基础上，膳食纤维的重要生理功能才为人们所了解，并逐渐得到公认，现在它已被列入继蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物元素和水之后的第七营养素[9,10]。它对人体正常的生理代谢必不可少，总体说来，膳食纤维的生理功能可简述如下: 2.2 降低胆固醇的作用 血清中的胆固醇升高可导致冠心病，血中的胆固醇主要来源于食物的摄入和体内的内源性合成;其主要的分解途径则是转化为胆酸。 马正伟等[11]选取了健康、断乳sd大鼠84只，经高脂饲料诱导形成高脂血症模型后按体重及血胆固醇均衡的原则分为7组，分别以基础饲料及高脂饲料作为对照组，其余5组饲以不同水平的复合 膳食纤维配方,(可溶性纤维/不可溶性纤维=2.0)，实验期为3个月，观察配方,对大鼠血浆胆固醇代谢的长期作用。结果表明，与高脂组相比，高胆固醇血症大鼠的血总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇在不同水平的复合膳食纤维配方,组均显著降低(,<0.05)，而高密度脂蛋白胆固醇水平及高密度脂蛋白胆固醇/低密度脂蛋白胆固醇比值显著升高(,<0.05);复合膳食纤维配方,在降低大鼠血总胆固醇浓度的作用上，存在明显的剂量反应关系。结果表明，以燕麦麸、沙棘皮、瓜儿豆胶为主要原料研制成的复合膳食纤维确能长期有效地降低血浆胆固醇水平，可用于动脉粥样硬化和冠心病的防治。 一项正在进行中的前瞻性研究[12]，研究对象是1986年年龄为40,75岁的43000名美国男子，用来评价膳食纤维与冠心病危险的关系。按膳食纤维摄入量高低共分为5组。最高摄入组与最低摄入组之间的平均膳食纤维摄入量相差两倍以上。6年随访期间该队列中有734人发生心肌梗塞(致死性的或非致死性的)。与最低摄入组相比，最高摄入组的总心肌梗塞的年龄校正相对危险度为0.59(95%ci=0.46,0.76)。校正其它冠心病危险因素后，膳食纤维的这种作用依然明显。研究者认为高纤维膳食尤其是谷类高纤维膳食可明显降低冠心病的发病危险，而且这种作用不能简单地归于高纤维食物取代了高饱和脂肪食物。 2.3 改善血糖的作用 流行病学调查发现，非洲农村糖尿病(dm)的患病率比发达国家要低，认为饮食过于精细而df摄入不足是造成该疾病的直接或间接原因。国外有学者研究发现，df可有效地控制餐后血糖上升幅度及改善葡萄糖耐量，并可控制脂类代谢紊乱，其中可溶性膳食纤维效果优于不溶性膳食纤维。因此，英、美、加拿大糖尿病协会，都主张dm病人食用来自天然食品的df，并认为dm病人应给予df20,35g/d[13]。 动物实验表明，膳食纤维对减低血糖有明显的作用。谢明智等[14]以等碳水化合物的馒头和高纤维素食品(含有麦麸、豆粉、面粉等粗纤维及蛋白质)，对正常小鼠、四氧嘧啶糖尿病小鼠及正常人进行糖耐量试验，结果餐后正常小鼠及糖尿病小鼠糖耐量曲线下面积明显低于馒头组(,<0.01，p<0.05)。 在人群实验中，膳食纤维将血糖作用也有明显的体现。陈绍萱等[15]观察了控制膳食及膳食纤维对?型糖尿病患者血糖的影响。对确诊为?型糖尿病患者356例，其饮食中膳食纤维摄入量控制在16,25g/d，分别测定治疗前后空腹及餐后2h血糖。结果:经饮食控制后，空腹血糖由(9.84?3.51)mmol/l降至(6.82?2.65)mmol/l，餐后2h血糖由(13.08?5.12)mmol/l降至(10.57?4.64)mmol/l，p均<0.01。结论:适量摄入膳食纤维可降低糖尿病患者血糖水平。贺佩祥等[16]对25例?型糖尿病患者在糖尿病饮食和药物治疗2月后，在饮食中添加膳食纤维-糖脂双消，观察其对 空腹、餐后1,和2,血糖、胰岛素、;肽的影响。结果表明，添加膳食纤维组餐后血糖、胰岛素、;肽均明显降低，有统计学意义，而对照组各项指标前后无显著性差异。王亚伟等[17]将不同量的膳食纤维和低聚糖添加到酥性饼干中，对45名糖尿病人分组，每组给予含不同剂量膳食纤维和低聚糖的食品，进行1个月的临床营养疗效观察，发现对糖尿病人的空腹血糖、餐后血糖、血胆固醇和甘油三酯的降低有一定的作用。结果还显示膳食纤维和低聚糖在降低糖尿病人空腹血糖、餐后血糖、胆固醇和甘油三酯方面具有一定的协同作用。 2.4 改善大肠功能，结肠代偿作用 肠道内的微生物在为肠粘膜细胞提供营养中扮演着重要角色。若肠道微生态系统的平衡被破坏,可导致肠道的屏障功能减弱,从而引起疾病。不可溶性纤维在增加粪便体积与预防便秘中起着重要作用，能缩短食物在肠道的通过时间、增加粪便量及排便次数、稀释大肠内容物以及为正常存在于大肠内的菌群提供可发酵的底物。结肠与可溶性纤维酵解的副产品之间能相互作用,从而得到维持细胞生长与功能所需的营养物质[18]。 对膳食纤维在预防肠癌方面的作用已成定论，通过临床实验和调查研究，膳食纤维防治肠癌机理一般认为以下几点。(1)抑制腐生菌生长，结肠中一些腐生菌能产生致癌物质，而肠道中一些有益微生物能利用膳食纤维产生短链脂肪酸，这类脂肪酸，特别是醋酸能 抑制腐生菌生长。(2)减少致癌物与结肠的接触机会，膳食纤维能促进肠蠕动，增加粪便体积，从而减少致癌物与结肠接触机会。(3)减少次生胆汁酸的产生，胆汁中的胆酸和鹅胆酸可被细菌代谢为次生胆汁酸和脱氧胆酸，这两者都是致癌剂和致突变剂。膳食纤维束缚胆酸和次生胆汁酸，将其排出体外。(4)产生丁酸抑制肿瘤细胞的生长增殖，诱导肿瘤细胞向正常细胞转化，并控制致癌基因的表达。 杨蕊敏等[19]调查了489例60岁以上的老年人膳食结构及其排便习惯的关系。结果表明，每日进食含0.8可以粗纤维的蔬菜和水果者不便秘(p<0.01);每周有时干豆类、牛肉及鱼虾2次者不易便秘(p<0.01);每天饮茶者也不便秘。实验还显示，每日进食含粗纤维少于5克米谷者，便秘的有80.9%，如每日进食含粗纤维10克以上米谷者，便秘者仅有0.94%。 在喂养残留的极短小肠大鼠中发现，结肠可能参与对营养物质的代偿吸收[20]。肠内营养促进残留肠道代偿已成共识;而作为结肠粘膜细胞主要营养底物的膳食纤维。靳大勇等[21]对加用膳食纤维的肠内营养对促进短肠大鼠结肠的代偿作用做了研究。将短肠大鼠随机分为两组，口服pepti-2000(en)组及加用膳食纤维(ef)组，并以正常鼠作为对照(cont)组。观察营养状况和结肠形态改变。结果表明，术后15天ef组体重增加，并于第18天起明显优于en组(p<0.05);第9天en组正氮平衡明显低于cont组(p<0.001)， 而ef组与cont组无差异。结肠壁厚度、粘膜厚度、绒毛高度和绒毛表面积，ef组均比en组及cont组有极为显著的差异(p<0.01)。结肠粘膜细胞dna指数，en和ef组均明显高于cont组(p<0.05)，而且s期细胞百分比均明显高于cont组(p<0.05)。两实验组igf-1mrna含量均比cont组有极显著的差异(p<0.01)。因此认为，肠内营养中加用膳食纤维治疗短肠大鼠，营养状况及结肠代偿明显优于单用肠内营养组。 3、膳食纤维的副作用及其摄入量[2,6,22] 3.1 膳食纤维的副作用 过多的摄食膳食纤维会引起腹部不适如增加肠道的蠕动和增加产气量，影响人体对蛋白质、维生素和微量元素的吸收。体外实验还证明纤维素能抑制胰酶的活性及使其它消化酶的减少。来看膳食纤维的副作用有: (1)束缚人体对ca2+和一些微量元素的吸收。许多膳食纤维对ca、cu、zn、fe、mn等金属离子都有不同程度的束缚作用，不过，是否影响矿物元素代谢还有争论。 (2)束缚人体对维生素的吸收和利用。研究表明，果胶、树胶和大麦、小麦、燕麦、羽扇豆等的膳食纤维对va、ve和胡萝卜素都有不同程度的束缚能力，可见，膳食纤维对脂溶性维生素的有效性有一定影响。 (3)引起不良生理反应。过量摄入膳食纤维，尤其是摄入凝胶性 强的可溶性膳食纤维，如瓜尔豆胶等会有腹胀、大便次数减少、便秘等副作用。另外过量摄入膳食纤维也可能影响到人体对其它营养物质的吸收。如膳食纤维会对氮代谢和生物利用率产生一些影响，但损失量很少，在营养上几乎未起很大作用。总的来说，各种不同膳食纤维具有不同的功能或同时具有多种功能。因此，膳食纤维可被广泛应用于各类食品中以改善食品营养和功能。 3.2 膳食纤维的摄入量 由此可见，膳食纤维的摄入量是应该有所控制的。由于食物中的膳食纤维的定义和测定方法不同，估算人们膳食纤维的摄入量就会有不同的数值，因此在研究膳食纤维与健康/疾病的关系时，往往会得出不同的结论，因此在评价膳食纤维的适宜摄入量时也有不同的推荐量。美国国家研究所提出每人每天摄入量为20,30g，或每千卡热量10,13g;美国营养素供给量专家委员会推荐摄入的膳食纤维中不可溶纤维应占70,75%，可溶纤维占25,30%为宜;而且这些纤维应有天然膳食提供而不是纯的纤维素。建议用谷类、水果、蔬菜和豆类作为膳食纤维的来源。 4.结束语 综上所述， 膳食纤维是一种资源丰富并有多种生理功能的多糖类物质，它们对预防某些疾病和保障人体健康起着极其重要的作用，是一类比较理想的功能性保健食品原料。因此，一些发达的国家中十分重视膳食纤维资源的开发利用。但在我国，此方面的研究进展 还比较缓慢，而且随着人们生活水平的不断提高，精细食品种类逐渐增加， 膳食纤维的摄入量正日趋降低。由此可见，充分开发利用国内巨大的膳食纤维资源，使其变废为宝，并为食品工业提供优质原料，这为改善人们的膳食结构，提高全民的健康水平，是大有必要。 参考文献: 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